環保節能型汽車發動機暖機裝置的設計

劉江南

摘 要：利用蓄電池或發電機的部分電能轉換成熱能給發動機冷卻液進行加熱，可以減少發動機暖機時間，提高發動機的經濟性，延長發動機機械系統的使用壽命。加快發動機的暖機過程，提高發動機的工作效率，有利于降低起動階段的發動機污染物，起到了節能減排效果，特別是為汽車發動機在冬天快速暖機提供了新的思路。

關鍵詞：暖機過程；輔助裝置；節能環保

中圖分類號：U464.142 文獻標識碼：A

汽車發動機進行冷啟動時，發動機冷卻液和潤滑油從較低的溫度達到正常值時的運行過程稱為發動機暖機。暖機時間的長短跟環境溫度有很大的關系，因為發動機溫度較低時，進氣和燃燒系統的表面溫度不足，則混合氣的形成不夠均勻，導致燃燒也不充分，油耗就會增加。在這種情況下，如果給汽車發動機加裝一個電控暖機輔助裝置，可以快速提高發動機冷卻液和潤滑油的溫度，縮短暖機時間，減少有害排放。

一、暖機輔助裝置的設計

汽車發動機潤滑系統就是將潤滑油不斷地輸送給各零件的摩擦表面，減小摩擦阻力、降低功率消耗、減輕機件磨損，提高發動機運行的可靠性和耐久性。然而發動機潤滑效果的好壞，主要與機油的溫度有關。若機油溫度過低，其粘稠度就會增大，流通性會變差，機油在潤滑系統中的循環速度變慢之后，將會導致機械部件的摩擦阻力增加，發動機負荷就會增加。因此，在氣溫比較低的時候，特別是冬天的早上起動發動機時，需要先對發動機進行暖機。

汽車在暖機過程中，通常會因為發動機負荷比較大，對發動機的性能及使用壽命有很大的影響。又因為，汽油燃燒不充分，尾氣中CO和NO化合物等有害氣體的含量偏高，嚴重影響空氣的質量，增加了PH2.5的排放，對環境造成很大的污染。為了改變這一工作現象，經過多次實驗驗證，提出了一種發動機電控暖機輔助裝置的設計思路，如圖1所示。

圖1所示的汽車發動機電控暖機輔助裝置是由熱水管、轉換接頭、電加熱器、以及自動控制電路組成?？紤]到散熱、阻力和發動機可靠性等因素，將暖機輔助裝置設計成一個全封閉的管道，它的兩端分別設置了兩個法蘭式的轉換接頭，以便與冷卻液循環管連接；電加熱器是固定在暖機輔助裝置的內側，它的電流是由控制電路提供。

暖機輔助裝置安裝在汽車發動機冷卻系的小循環水管上。安裝時，先將水套內的冷卻液排完，根據暖機輔助裝置的大小在冷卻液小循環管道上截開合適的長度，在轉換接頭處打上密封膠，按照管道原來的走向進行妥善地連接，安裝好了以后，檢查密封是否良好，再加裝卡箍或其他鎖緊裝置進行穩固，最后，按照要求給發動機水套注入冷卻液，檢驗其承受的工作壓力是否符合要求。發動機暖機輔助裝置的安裝示意圖如圖2所示。

二、電控暖機輔助裝置控制電路的設計

汽車發動機電控暖機輔助裝置的控制電路是由電加熱器、繼電器、控制器、溫控開關、保險絲和電源組成，暖機輔助裝置的控制電路如圖3所示。

考慮到發動機排氣溫升的影響，在圖3所示電控暖機輔助裝置控制電路中，將電熱器的功率設計為10KW和2KW兩檔，根據發動機不同的起動方式自動切換加熱檔位。電加熱器連接在繼電器的動觸點上，繼電器線圈的電流是由控制器進行控制，控制器的動作信號取自于溫控開關、遙控鑰匙和發動機起動信號。當遙控鑰匙開啟車門且發動機溫度低于500C時，控制器使繼電器的線圈帶電，動觸點閉合，加熱器全部投入，加熱器用10KW的功率給冷卻液加熱；當發動機溫度上升至800C但沒有起動發動機時，控制器使加熱器部分投入，加熱器只用2KW的功率給發動機冷卻液進行輔助加熱，使冷卻液保持在800C左右。當溫度達到800C或遙控鑰匙發出鎖車信號時，控制器使繼電器線圈斷電，加熱器停止加熱。

發動機電控暖機輔助裝置控制電路具有結構簡單，控制方便，運行穩定等優點，可以靈活地對電加熱器進行控制，完全不會影響汽車電路的結構，也不會給蓄電池帶來較大的負荷。

三、發動機暖機輔助裝置的調試

汽車發動機電控暖機輔助裝置的加熱方式分為預熱和輔熱兩種。當發動機進行冷啟動時，蓄電池通過控制電路對電加熱器通電，暖機輔助裝置開始對管內冷卻液進行加熱，在這種加熱方式稱為預熱，加熱器的功率為10kw，當冷卻液溫度達到800C時，溫控開關自動斷開，電加熱器停止工作；當發動機進入起動準備時，電加熱器的功率為2KW，對冷卻水進行輔助加熱，使冷卻液溫度保持在800C左右。

通常情況下，發動機冷起動的暖機時間（即：冷卻液溫度升高到正常值）需要1000S，如果將電加熱器的功率設計的越高，其預熱時間越短。但在實際中，不能設計的太高，那樣會造成局部溫差太大，對機械部件產生負面的影響。經過多次試驗證明，將電加熱器的功率設計為10KW最為適宜，其預熱時間可以縮短為300S，只是原來的1/3，暖機效果非常明顯。

不管是哪一種加熱方式，在發動機起動后，在冷卻液水泵的驅動下，高溫的冷卻液在水套內循環，其熱量迅速傳遞到發動機殼體，給發動機提供良好的起動環境，使發動機的表面溫度在最短時間內達到正常值。因為發動機的表面溫度足夠高時，機油的流通性得到了改善，可以有效地減少機械部件的磨損，降低了發動機的負荷；另外，當發動機的表面溫度足夠高時，進氣管的溫度和三元催化器的入口溫度都得到了提高，這樣既提高了燃燒室的壁溫、減少了冷激效應的影響、改善了混合氣形成，減少啟動過程中HC和CO在缸內的產量；又保證了發動機在冷啟動的開始階段，催化器快速地達到起燃溫度，三元催化器對三種有害排放進行了高效率的轉化，現實節能環保的目的。

四、結論

針對汽車發動機在外界環境溫度過低時啟動過程中存在嚴重的環境污染等問題，利用常見加熱器及溫度控制電路的原理，提出了一種結構簡單合理、安裝快捷方便的汽車發動機電控暖機輔助裝置的設計思路，縮短暖機時間，達到了節能、環保的目的。

參考文獻：

[1] 劉震濤，韓松，尹旭.發動機冷起動暖機過程改善措施的試驗研究汽車工程[J].汽車工程，2012（7）.

[2] 李晶華，高俊華.汽油車低溫冷起動和常溫冷起動排放特性的對比分析[J].汽車技術，2007（4）.